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西安测试19

运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。

5 B# s& G; L9 }5 V9 A运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。


1、运放在有源滤波中的应用
上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯 电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。

该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。

滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
4 E9 d8 n5 A- F巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；
% \& b/ t) f# G  W3 U
5 t8 c, r# J1 [& A. s巴特沃兹低通滤波中 用的最多的是 赛伦凯乐电路，即仿真的该电路。

一个滤波器，要知道其截至频率是多少，或者能写出传递函数和频率响应也可以。
+ A/ _2 m' O, P4 W& z% c/ L0 ]
如果该滤波器还有放大功能，要知道该滤波器的增益是多少。
4 i3 ^& K5 v3 |当两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路，在二阶有源电路中引入一个负反馈，目的是使输出电压在高频率段迅速下降。

0 o* u1 [' q. [0 u' b4 c二阶有源低通滤波电路的通带放大倍数为 1+Rf/R1 ，与一阶低通滤波电路相同；
" r% P) j1 ^# ]6 c5 M8 u

. m4 [, E. F6 W
4 b1 W# O! a5 f2 p, e0 v截止频率为
7 w: {, N- d+ w% M3 ]
+ B5 ~0 N7 S& P* O& }% m注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u
6 W8 E9 a$ Z6 W# Z4 c& c所以计算得出 截止频率为

# w) F( A2 @( x8 H/ U4 i7 c切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；

5 _7 E2 _2 u4 t0 h! M9 {3 R# {贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。

5 A& a) _9 N5 X$ d) i
/ G" v6 I. C7 V4 d& s2、运放在电压比较器中的应用
上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。

- S8 r+ B) r9 Z, W$ o" i/ K该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
) {  I3 d! y. o
将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。

该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。
4 ^. H8 G; L& o* R, ]3 _

/ _% a# A5 o2 U. h( a3、恒流源电路的设计
如图所示，恒流原理分析过程如下：


) k  Q* g( \2 v& _" T/ ^U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;

由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A（上图中上边的运放）有：V3=V5；
: |/ y8 o+ w: v有以上等式组合运算得：
; O1 i) n6 |  D* b; p2 E
5 {# W0 Z' M( X) ^% F9 A% f当参考电压Vref固定为1.8V时，电阻R30为3.6,电流恒定输出0.5mA。

该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。
3 ^: W9 v# R# ^$ E' ]; d
但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。


" b* Q, \: Q1 B$ A, d0 G
4、整流电路中的应用
上述电路是一个整流电路，将输入的一定频率的脉冲整流成固定的电平电压，再用此电压控制4-20mA电流的输出电流。该电路功能类似一些DAC功能的接口。


( J5 m4 M3 k$ S2 a
5、热电阻测量电路
  W- B3 o& @& {, f4 h4 _
上图的电路是典型的热电阻/电偶的测量电路，其测量思路为：将1-10mA的恒流源加于负载，将会在负载上产生一定的电压，将该电压进行有源滤波处理，处理后在进行信号的调整（信号放大或衰减），最后将信号送入ADC接口。

) W% ]. r1 J: d+ V! ~8 i
该电路应用时，要注意在输入端施加保护，可以并TVS，但要注意节电容对测量精度的影响，当然，如果在一些低成本场合，上述电路图可简化为下电路
2 b" Y! a9 }6 y: J

, d* J& N! `3 o1 r6、电压跟随器
4 m, h3 ?9 f, W5 ~在运放的使用中，电压跟随器是一种常见的应用，该电路的好处是：一是减小负载对信号源的影响；二是提高信号带负载的能力。

上图是运用运放实现了电阻分压的功能，首先用电阻获得需要输出的电压，然后用运放对该电压进行跟随，提高其输出能力。
+ X. `" u& E- G8 s  ~8 H
1 {2 z0 U( c. X; i2 u
7、单电源的应用
( t9 E- f0 A# j, Z) P0 H) C

在运放的实际使用，我们一般为了保持运放的频率特性，一般都采用双电源供电，但有的时候在实际使用，我们只有单电源的情况，也能实现运放的正常工作。

( A8 N  `* g# J! F, n) X* G& D首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:
3 G7 v$ N% c6 I' G+ m3 m
当然，如果在要求不是很高的场合，我们可以直接电阻分压，获得+VCC/2，但由于电阻分压的特性所在，其动态的响应速度会非常慢，请谨慎使用。

* a0 z0 g* T- |$ }$ y0 l获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：

' R8 H) a( K& W/ J5 l该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。

具体应用如下图：运放为单+5V_AD供电，AD芯片的电压是3.3V（基准电压芯片REF3033得到），该3.3V再电阻分压和经过运放跟随后得到1.65V，给到运放的同相输入端
6 H' o; e) n- k% Y. W# w8 S0 }3 F附：运放的应用要点
" L  G5 t; t/ G, ^3 W8 b来源：网络

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